[發明專利]一種低溫型鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 201410685264.5
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104409767A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 馬尚德;張熠霄;簡德超;晏莉琴;韓廣帥;馮毅;解晶瑩
• 申請（專利權）人: 上海動力儲能電池系統工程技術有限公司;上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/505;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0569;H01M10/058
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;賈慧琴

技術領域

本發明屬于低溫型鋰離子二次電池技術領域，涉及一種鋰離子二次電池，更具體地，涉及一種低溫下充電和低溫下循環充、放電的鋰離子二次電池。

背景技術

鋰離子二次電池自從20世紀90年代初被商業化以來，隨著新材料的不斷出現和新技術的逐步運用，鋰離子二次電池技術有了諸多進步，應用領域進一步拓寬。主要表現為能量密度和功率密度提升，循環壽命增長，安全性能提高，低溫-40℃甚至低溫-50℃具備放電能力。另一方面，隨著人類科技研究領域的外拓和人類居住環境氣候的變化，新設備、新環境及交通領域對化學電源提出了更高的要求。本發明公開的電池技術針對特殊領域對化學電源的低溫應用要求而為。

目前鋰離子二次電池正極材料主要為過渡金屬氧化物和磷酸鐵鋰。負極多是人造石墨和改性天然石墨。電解液為碳酸乙烯酯(EC)為主溶劑的有機電解液。由于EC熔點為39℃，常溫下為固體，鋰離子二次電池低溫性能不好。但是和第一代以1,2丙二醇碳酸酯(PC)為主溶劑的電解液相比，碳酸乙烯酯在電池在首次充放電過程中可以在石墨負極表面形成穩定致密的固體電解質膜，仍是商業化電解液的主溶劑。為了進一步改善SEI膜的穩定性，一般在EC為主溶劑的電解液體系中添加少量成膜電位更低的碳酸亞乙烯酯VC。為了改善采用EC為主溶劑的電解液的鋰離子二次電池的低溫性能，一般再配以低粘度、低熔點的鏈狀碳酸酯組分作為共溶劑達到降低整體溶劑熔點的目的。通過以上手段鋰離子電池的低溫放電性能顯著提高。如中國國家知識產權局于2014年3月9日公開的申請號為201310645684.6，發明名稱為“一種超低溫放電的新型鋰離子電池的電解液”，該電解液為EC基電解液，通過添加氟代類碳酸酯溶劑使得采用該發明電解液的鈷酸鋰/石墨體系的鋰離子電池能夠在-50℃下0.2C放出61.7%容量，常溫充電-50℃放電，循環50次最優的實施例中電池容量保持率為64.3%。還如國家知識產權局于2014年4月9日公開的申請號為201310703288.9，發明名稱為“一種低溫磷酸鐵鋰鋰離子動力電池”的低溫型鋰離子電池，正極電活性物質為經一定技術處理的磷酸鐵鋰，負極為石墨，電解液為EC基電解液，該電池在-40℃在放置20小時，以3I₃(A)電流放電，放電容量為額定容量的92.7%。

但是，由于上述專利公開的鋰離子二次電池的負極均采用石墨為電活性物質，由于石墨的嵌鋰電位為0.1伏左右，非常接近鋰離子的沉積電位0伏(相對于Li/Li⁺)。低溫下，有機電解液粘度變大，鋰離子的遷移困難，極化增大，若在低溫下對鋰離子的石墨負極體系的鋰離子電池充電，極易導致鋰離子在石墨負極上沉積，形成鋰枝晶，穿透隔膜使電池短路引起燃燒或爆炸，最終導致鋰離子電池失效。以石墨為負極電活性物質的鋰離子二次電池的低溫循環充放電工作方式也同樣是由于低溫充電存在鋰離子在負極沉積成金屬鋰的問題而無法進行。

發明內容

針對現有技術中的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提出一種低溫型鋰離子二次電池，該電池能在低溫環境下安全地充電，并可以在低溫下循環充放電且全程低溫充放電性能優異。該電池采用嵌鋰電位為1.55伏的鈦酸鋰作為負極電活性物質，采用非EC基且具有更低熔點和更低粘度的溶劑的有機電解液，采用具有三維鋰離子遷移通道的尖晶石錳酸鋰為正極電活性物質。

為達到上述目的，本發明提供了一種低溫型鋰離子二次電池，其包含正電極、負電極和電解液，該正電極包括正極電活性物質、正極導電劑和正極粘結劑；該正極電活性物質為尖晶石型錳酸鋰，正極導電劑為超導炭黑、Super-P、KS-6、VGCF或碳納米管中的幾種，正極粘結劑為聚偏二氟乙烯。

上述的鋰離子二次電池，其中，所述尖晶石錳酸鋰的一次顆粒粒徑為5微米~20微米。

上述的鋰離子二次電池，其中，在所述的正電極中，正極電活性物質質量含量為85%~95%，正極導電劑質量含量為3%~8%，正極粘結劑質量含量為2%~5%，以上均以重量百分數計。

上述的鋰離子二次電池，其中，所述正電極的厚度為60微米~150微米。

上述的鋰離子二次電池，其中，所述的負電極包括負極電活性物質，負極導電劑和負極粘結劑；所述負極電活性物質為尖晶石鈦酸鋰，負極導電劑為超導炭黑、Super-P、VGCF或碳納米管中的一種或幾種，負極粘結劑為聚偏二氟乙烯。

上述的鋰離子二次電池，其中，尖晶石鈦酸鋰的一次顆粒粒徑小于400納米。